Проект механика. Д. И. Менделеева кафедра инженерного проектирования технологического оборудования химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа вээ0101 пояснительная записка

• Название: Д. И. Менделеева кафедра инженерного проектирования технологического оборудования химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа вээ0101 пояснительная записка
• Анкор: Проект механика
• Дата: 18.03.2022
• Размер: 1.09 Mb.
• Имя файла: kursovaya_mekhanika.docx
• Тип: Техническое задание; #403562

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
Кафедра инженерного проектирования технологического оборудования

ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

типа ВЭЭ0101
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

205.378.00.00.000.ПЗ


Студент группы О – 24 Крицкая В.В. ______________

(Ф.И.О) (подпись)

Руководитель проекта доцент Лясникова Н.Н.______________

(должность, Ф.И.О.) (подпись)

Оценка за курсовой проект ____________________________________

«__»_________ 2022г. (подпись руководителя)
Москва 2022 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Техническое задание 3

Введение 4

1. Определение расчетных параметров химического аппарата 5

1.1. Выбор конструкционных материалов 5

1.3. Определение геометрических размеров аппарата 6

1.4. Расчет элементов корпуса аппарата 8

1.4.1. Расчет толщины стенки корпуса 8

1.4.2. Расчет толщины стенки рубашки 10

1.5. Выбор фланцевого соединения 10

1.6. Выбор привода 11

2. Расчет перемешивающего устройства 13

2.1. Выбор мешалки 13

2.2. Расчет мешалки на прочность 14

2.3. Расчет шпонки в ступице мешалки 16

3. Выбор комплектующих элементов 18

3.1. Выбор штуцеров 18

3.2. Выбор люка 19

3.3. Выбор опор 20

3.4. Выбор сальникового уплотнения 22

Библиографический список 23

Техническое задание

Номер варианта………………………………………………………	831
Шифр корпуса………………………………………………………..	ВЭЭ-01
Номинальный объем V, м3…………………………………………..	4,0
Диаметр аппарата Da, мм……………………………………………	1200
Шифр мешалки………………………………………………………	07
Диаметр мешалки dм, мм…………………………………………….	710
Тип привода…………………………………………………………..	Тип 1
Частота вращения n, об/мин………………………………………...	63
Мощность привода N, кВт………………………………………….	0,25
Давление в аппарате Pа, МПа……………………………………….	0,6
Остаточное давление в аппарате Pост, МПа………………………...	0,01
Давление в рубашке Pруб, МПа……………………………………...	0,4
Среда в аппарате……………………………………………………..	H2O
Температура среды T, °C……………………………………………	100

Введение

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВЭЭ - 0101 предназначен для проведения различных физико-химических и механических процессов в жидких средах (растворах, суспензиях, эмульсиях) для протекания которых требуется поддержание повышенной температуры и давления.
Химические аппараты данной конструкции применяются в промышленности для проведения органических и неорганических синтезов, протекающих при повышенных температурах и давлениях в агрессивных средах, а так же требующих постоянного перемешивания реакционной массы. Кроме этого аппараты применяются для получения различных жидкостных растворов и механических смесей.
При разработке химического аппарата обеспечено соответствие правилам Госгортехнадзора. Основные параметры аппарату соответствуют ГОСТ 20680-75. Выбор материалов, методов испытания аппарата пробным давлением, а также требования к контрольной и предохранительной арматуре - в соответствии с ОСТ 26292-71.
Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством состоит из следующих основных частей: корпуса аппарата, крышки аппарата, рубашки аппарата, механического перемешивающего устройства.
Корпус аппарата состоит из сваренных между собой эллиптического днища и цилиндрической обечайки. Корпус аппарата предназначен для проведения в нем физико - химических процессов, а также для крепления к нему остальных частей аппарата, таких как: рубашка (приваренная сверху - к обечайке корпуса, снизу - к днищу), крышка аппарата (съемная, соединенная с корпусом с помощью фланцевого соединения), а также штуцер для выгрузки продукта, приваренный к нижней части днища корпуса.
К крышке аппарата крепится стойка, с закрепленным на ней торцевым уплотнением, подшипниковой опорой с двумя подшипниками, и муфтой, соединяющей вал мотор - редуктора, закрепленный в верхней части стойки, с валом рамного перемешивающего устройства. Также к крышке приварены смотровой люк, штуцер ввода и два штуцера для крепления манометра и термопары.
Корпус и крышка скреплены между собой посредством фланцевого соединения типа выступ - впадина с фторопластовой прокладкой, обеспечивающей надежное уплотнение. Материалы болтов и гаек: сталь 35x5.
Рубашка аппарата служит для подачи в нее через штуцер пара, обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней её части. Также, к рубашке приварены четыре опоры. Для более равномерного распределения местной нагрузки от опоры на корпусе рубашки под опорой приваривается накладной лист.
Материал корпуса, крышки, рубашки, мешалки и ее вала - сталь X18H10T. Эта сталь выбрана потому, что она технологична в обработке, хорошо деформируется в холодной и горячих средах, т.е. обладает хорошей штампуемостью. Она хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Но самое важное, что эта сталь отлично противостоит рабочей среде - воде, обладающей большой коррозийной активностью. Удорожание аппарата вследствие применения нержавеющей стали компенсируется долговечностью конструкции и повысившейся безопасностью её эксплуатации.

1. Определение расчетных параметров химического аппарата

1.1. Выбор конструкционных материалов

Материал корпуса аппарата, рубашки, фланцев – сталь 10Х17Н13М2Т

Скорость коррозии: П= 0.1 мм/год

Срок службы аппарата: Т_а= 10 лет

Прибавка на компенсацию коррозии: С_к= П Т_а= 0.1 10 = 1 мм

Допускаемое напряжение: [σ]_t=100֯C = 139 МПа [σ]_t=20֯C= 146 МПа

Модуль упругости первого рода: Е= 2 10¹⁰МПа

Материал болтов – сталь 35ХМ

Допускаемое напряжение болтов: [σ]_б = 230 МПа
1.2. Определение пробных давлений
Пробное давление для аппарата

Р_пр= 1,25Р_а = 1,25 0,6 = 0,8МПа (1.1)

Пробное давление для рубашки

Р_пр= 1,5Р_руб = 1,5 0,4 = 0,6МПа (1.2)

1.3. Определение геометрических размеров аппарата

Высота крышки аппарата:

Н_кр= = = 300 мм (1.3)

Высота отбортовки крышки:

= 40 мм

Высота днища аппарата:

Н_дн= = = 300 мм (1.4)

Высота отбортовки днища:

= 40мм.

Высота цилиндрической части аппарата:

Н_ц.ч. = , (1.5)

гдеV_кр= = = 0,23м³

V_дн= = = 0,23м³

Н_ц.ч.= = 3,132м= 3132 мм

Высота обечайки:

=3132 40 40 2(150 15+45) =2692мм (1.6)

Принимаем =2500 мм

Высота цилиндрической части рубашки:

=2200 мм

Диаметр рубашки:

D_pуб= D_a +200= 1200 +200 = 1400 мм (1.7)

1.4. Расчет элементов корпуса аппарата

1.4.1. Расчет толщины стенки корпуса

При воздействии внутреннего давления

S_ц.ч.(1)= + 2⋅C_к + С_о = + 2⋅1 + С_о = 4,5+ С_о =5 мм (1.8)

При воздействии наружного давления

S_ц.ч.(2)= + 2⋅C_к + С_о, (1.9)

где

МПа

=2,4, E=2⋅ МПа,

= 2200+ 40 +1200/12 = 2340мм

S_ц.ч.(2) мм

Вывод: S_ц = (S_ц.ч.(1);S_ц.ч.(2)) =max(5;14) = 14 мм.

1.4.2. Расчет толщины стенки рубашки

S_pуб= + С_к + С_о = С_о = 3,9мм+ =4мм (1.10)

1.5. Выбор фланцевого соединения

Фланцы выбирают по условному проходу Dy = Da = 1200 мм и условному давлению Ра = 0,6 МПа ≤Py = 0,6МПа



Рисунок 1.1 – Эскиз фланцевого соединения

Таблица 1.1

Основные размеры фланцев и болтов для стальных аппаратов

М20

23

15,5 13

1.6. Выбор привода

По техническому заданию:

привод тип 1,

мощность приводы N=0,25кВт,

частота вращения n=63 об/мин


Рисунок 1.2 – Эскиз привода типа 1

Таблица 1.2

О сновные размеры привода типа 1:

2. Расчет перемешивающего устройства

2.1. Выбор мешалки

По техническому заданию: шифр мешалки 07. Мешалка лопастная. Диаметр мешалки d_m=710 мм.



Рисунок.2.1 - Эскиз лопасной мешалки

Таблица 2.1

Основные размеры лопастной мешалки





Рисунок 2.2- Эскиз разъемной ступицы

Таблица 2.2

Основные размеры разъёмной ступицы

2.2. Расчет мешалки на прочность

Расчётный крутящий момент с учетом пусковых нагрузок

56,8 , (2.1)

где К_д - коэффициент динамичности, К_д =1,5; номинальная мощность двигателя привода, N = 0,25 кВт, угловая скорость вала мешалки,

(2.2)


Рисунок 2.3 – Расчетная схема лопастной мешалки

Изгибающий момент в сечение стыкового шва лопасти

=28,4 Н , (2.3)

где – число лопастей (перекладин) мешалки.

Определение положения центра тяжести сечения

= 10,1 мм (2.4)

= (10+70) - = 69,9 мм, (2.5)

где s₁ = s = 10 мм,

h₁ = 0,4 d₃-s₁ = 0,4 27,2 мм, (2.6)

где b = 72 мм, s₁ = 10 мм.

Определение осевого момента инерции



343056,01 мм⁴ (2.7)
Расчётный осевой момент сопротивления сечения стыкового шва

= 4907,8 мм³, (2.8)

где 69,9 мм.

Условие прочности

(2.9)



где допускаемое напряжение для сварного шва, коэффициент сварного шва, допускаемое напряжение для выбранного материала мешалки при расчётной температуре среды.

Условие прочности выполняется.

2.3. Расчет шпонки в ступице мешалки

Условие прочности шпонки на смятие

= = =18252314 Па=18,3 МПа < [σ]_см =

= 150 МПа (2.7)

где l, b, t, h – размер шпонки (l=50мм, b=14 мм, t=5,5 мм, h=9мм).

Условие прочности шпонки на смятие выполняется.

2.4. Расчет вала мешалки на виброустойчивость

Диаметр вала d = 65 мм.

Расчётная длина вала L:

L= l₂ + h₁+h_опоры +H_кр +  + 2·(150 – 15 +H_фл) + H_об – 100 = 450 + 500 +35 +300+ 40 + 2·(150 – 15 + 45) +2500 –100 = 4085 мм.

Приведенная масса:

= =5,4+0,2 106,36=26,67 кг (2.8)

где – масса мешалки, – масса вала:

= ,(2.9)

– плотность материала вала (сталь), коэффициент приведения распределенной массы вала к сосредоточенной массе мешалки, определяющийся по формуле:

=0,2. (2.10)
где , – относительные длины

, =

Приведенная жесткость:

К_пр= = =973,7 . (2.11)

где L – расчётная длина вала,Е – модуль упругости первого рода, – осевой момент инерции поперечного сечения вала:

= = = 875796 мм⁴ = 0,876 10⁻⁶ . (2.12)

Критическая угловая скорость

= =4,04 . (2.13)

Условие виброустойчивости

= = 1,63 > 1,35. (2.14)

Вывод: вал гибкий.

3. Выбор комплектующих элементов

3.1. Выбор штуцеров

Рисунок 3.1 – Стальной фланцевый тонкостенный штуцер

Таблица 3.1

Основные размеры стального фланца тонкостенного штуцера

Py, МПа	Dy, мм	Dф, мм	Dб, мм	D1, мм	dт, мм	sт, мм	h, мм	Hт, мм	d, мм	n
0,6	50	160	125	102	59	3	15	215	18	4
	80	195	160	138	91	4	17	215	18	4
	100	215	180	158	110	5	19	215	18	8
	150	260	225	202	161	6	17	215	18	8

3.2. Выбор люка

Рисунок 3.2 – Эскиз люка

Таблица 3.2

Основные размеры стального загрузочного люка

Py, МПа	Dy	dH×s	D	Dб	H1			H2		h			dб	Число болтов z
					1		2			1	2
	мм
0,6	100	108 х 4	205	170	296	298			210		16	22	М16	8

3.3. Выбор опор

Вес аппарата

𝐺≃1,5 𝜌_𝐻2𝑂 𝑉 𝑔=1,5 9,81 4=58,86кН (3.1)

Нагрузка на одну опору

𝑄= = =14,72 кН, (3.2)

где n – число опор, n = 4.

Условие выбора опоры 𝑄=14,72кН <[𝑄] =25 кН.


Рисунок 3.3 – Лапа вертикального аппарата
Таблица 3.3

Опоры для вертикальных аппаратов

[Q], кН	Тип опоры	a, мм	a1, мм	b, мм	c, мм	c1, мм	h, мм	h1, мм	S1, мм	K, мм	K1, мм	d, мм	dб
25	1	125	155	155	45	90	230	16	8	25	40	24	М20

3.4. Выбор сальникового уплотнения

Рисунок 3.4–Эскиз сальникового уплотнения
Таблица 3.4

Основные размеры сальникового уплотнения

d, мм	D, мм	D1, мм	D2, мм	d1, мм	d2, мм	n1	z	H, мм	h, мм	b, мм	Масса, кг
65	235	200	178	90	М12	8	2	220	105	15	14

Библиографический список

1. Поляков А.А. Механика химических производств. М.: Альянс, 2005. -392 с.

2. Методические указания №4355. Расчет химического аппарата с механическим перемешивающим устройством. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005.- 87 c.

3. Методические указания №5083. Методические указания по оформлению конструкторской документации курсового проекта по прикладной механике. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2016.-32 с.

4. Аристов В.М., Аристова Е.П. Инженерная графика, М.: Альянс, 2006. -256 с.

5. Д.В. Зиновьев. Основы проектирования в КОМПАС-3Dv17 – ДМК –Пресс, 2019 -232 с.